A novel algorithmic framework for identifying changing streamflow regimes: Application to Canadian natural streams (1966–2010)
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. Climate change significantly affects natural streamflow regime. To assess alterations in streamflow regime, typically few streamflow characteristics are considered and their significant variations in time and space are taken as a notion of change. Although, this approach is informative, intuitively appealing and widely-implemented, (1) it cannot see simultaneous changes in multiple streamflow characteristics; (2) it does not utilize all the available information contained in a streamflow hydrograph; and (3) it cannot describe how and to what extent one streamflow regime evolves into other regime types. To address these gaps, we conceptualize streamflow regimes as intersecting spectrums that are formed by multiple streamflow characteristics. Accordingly, we recognize that changes in streamflow regime should be diagnosed through gradual, yet continuous changes in an ensemble of streamflow characteristics. To incorporate these key considerations, we propose a fuzzy clustering-based approach to classify the natural streamflow into a finite set of intersecting regime types. Accordingly, by analyzing how the degrees of membership to regime types change, we quantify monotonic shifts between regime types in time and space. Our proposed algorithm eliminates the subjectivity in quantifying shift between flow regimes, and can extract valuable knowledge stored in the shape and variability of annual streamflow hydrographs. We apply this approach to the natural streamflow data, obtained from 106 Canadian gauges, during the period of 1966 to 2010. We show that natural streamflow in Canada can be categorized into six regime types, with clear physical and geographical distinctions. Analyses of trends in membership values during the study period show that alterations in natural streamflow regime are vibrant and can be different within and between major Canadian drainage basins. We show that gradual changes in natural streamflow regimes in Canada can be attributed to simultaneous changes in a large number of streamflow characteristics, some of which have been previously unknown or not well-attended. Our study introduces a generic algorithmic framework for identifying changing streamflow regime at regional and global scales, and provides a fresh look at streamflow alterations in Canada, which can be seen as another line of evidence for the complex and multifaceted impacts of climate change on streamflow regime, particularly in cold regions.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,003 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,002 | 0,002 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».